JP2024083026A - 地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド装置及び地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤改良工法において、掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする作業を直接的な手作業によらず、効率よく行うことができる地盤改良工法を提供する。
【解決手段】
地盤改良工法は、内部に掘削土が残る掘削孔を形成する工程と、掘削孔の内部に結合材を注入する工程と、掘削孔の内部の掘削土と結合材を混合撹拌し未固化の混合物をつくる工程と、掘削ロッド３の吐出口３９０と掘削ヘッド４３との距離を、掘削ヘッド４３に対して掘削ロッド３をスライドさせて、掘削ヘッド３が未固化の混合物内部で回転したときの吐出口３９０近傍の未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする工程と、未固化の混合物の内部において吐出口３９０を上昇させながら、結合材を注入して、未固化の芯部を形成する工程と、掘削孔の内部の未固化の混合物と未固化の芯部を固化させる工程とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド装置び地盤改良装置に関するものである。詳しくは、施工現場で土壌の中に結合材を注入し、土壌と結合材を混合撹拌して柱状に固化させ、地盤の土質に関係なく杭構造体の所定の強度が得られるようにする地盤改良工法において、作業工程中での掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする作業を、結合材が漏れ出すことなく、かつ作業者による直接的な手作業によらず、効率よく行うことができる地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド装置及び地盤改良装置に関する。

干拓地等、軟弱な地盤に構造物を構築する場合には、地盤を強固にするための地盤改良が行われる。地盤改良工法には、従来から様々なものがあり、例えば土壌の内部にセメントミルク等の液状の結合材を注入して混合撹拌し、コンクリート構造物である多数の杭構造体（柱状体ともいう）を構築する工法がある。

この工法では、特に土壌が腐植土等の有機質土である場合は、骨材としての土が軟らかいために、固化した杭構造体の強度が目的の強度に達しないことがあり、固化後に鋼材等の補強材の施工が必要になることがあった。

本願発明者は、上記のような土壌の内部に杭構造体を構築して地盤を改良する地盤改良工法において、鋼材等の補強材を使用しなくても、地盤の土質に関係なく杭構造体の所定の強度が得られるようにした技術を特許文献１において既に提案しており、その技術は目的達成のために極めて有用である。

特開２０１６－２０６２１号公報

しかしながら、特許文献１の地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド及び地盤改良装置には、次のような課題があった。すなわち、工法の最後の工程では、掘削孔の内部の未固化の混合物の内底部から、掘削ヘッド、及び各撹拌部材を回転させながら上昇させ、ノズルから混合物の中心に結合材を注入して、混合物の中心に結合材のみを充填し、未固化の芯部が徐々に柱状に形成される。

このとき、撹拌部材とノズル先端の吐出口との距離が近いと、芯部の形成において、掘削ヘッド、及び各撹拌部材の回転による混合物の乱れの影響を受けやすく、芯部が歪（いびつ）になって固化後の強度が充分でなくなる可能性があった。

このため、地盤改良装置は、短いノズルを長いノズルに交換することができるようになっており、作業工程の途中、すなわち結合材の注入による未固化の芯部の形成の前に、ノズル先端から撹拌部材までの距離を長くして、形成される芯部が混合物の撹拌の影響を受けにくいようにすることにより、上記問題を解消することができた。

しかし、短いノズルと長いノズルの交換作業は、作業者による直接的な手作業であるため所要の手間がかかり、効率が良くない。更には、ノズルの取り外しによって、掘削ロッドを通っている結合材の流路の途中が一旦開放されるため、流路に残っている結合材の多くが漏れ出してしまい、作業者を含めて周囲をひどく汚してしまうという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、施工現場で土壌の中に結合材を注入し、土壌と結合材を混合撹拌して柱状に固化させ、地盤の土質に関係なく杭構造体の所定の強度が得られるようにする地盤改良工法において、作業工程中での掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする作業を、結合材が漏れ出すことなく、かつ作業者による直接的な手作業によらず、効率よく行うことができる地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド装置及び地盤改良装置を提供することを目的とする。

〔１〕本発明は、地盤を、掘削ロッドを中心とする掘削ヘッドの回転により所要の深さまで掘削して内部に掘削土が残る掘削孔を形成する工程と、前記掘削孔の内部に、前記掘削ロッド先端部の結合材注入部により結合材を注入する工程と、前記掘削孔の内部の掘削土と前記結合材を、前記掘削ロッドを中心とする撹拌部材の回転により混合撹拌し、前記掘削孔の内部に未固化の混合物をつくる工程と、前記結合材注入部と前記掘削ヘッドとの距離が、前記未固化の混合物内部で前記掘削ヘッドが回転したときに、前記結合材注入部近傍の前記未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、前記掘削ヘッドに対して前記掘削ロッドをスライドする工程と、前記結合材注入部を前記掘削孔の内底部又はその近傍から上昇させながら、前記未固化の混合物の中心に前記結合材注入部により前記結合材を注入して、前記結合材で未固化の芯部を形成する工程と、前記掘削孔の内部の前記未固化の混合物と前記未固化の芯部を固化させる工程とを備える地盤改良工法である。

本発明の地盤改良工法によれば、地盤を、掘削ロッドを中心とする掘削ヘッドの回転により所要の深さまで掘削して内部に掘削土が残る掘削孔を形成することができ、掘削孔の内部に、掘削ロッド先端部の結合材注入部により結合材を注入することができ、掘削孔の内部の掘削土と結合材を、掘削ロッドを中心とする撹拌部材の回転により混合撹拌し、掘削孔の内部に未固化の混合物をつくることができる。

また、結合材注入部と掘削ヘッドとの距離が、未固化の混合物内部で掘削ヘッドが回転したときに、結合材注入部近傍の未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、掘削ヘッドに対して掘削ロッドをスライドして掘削ヘッドが未固化の混合物内部で回転したときの結合材注入部近傍の未固化の混合物の乱れが生じにくいようにすることができる。

このときの、掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を所定の長さにする作業は、掘削ロッドを掘削ヘッド及び撹拌部材に対してスライドさせて行うことができるので、掘削ロッドの部品の取り外しが生じないため結合材が漏れ出すことがない。また、作業者による直接的な手作業によらず、例えば掘削ヘッド及び撹拌部材を掘削ロッドに嵌装した状態で地面に置き、これに対して掘削ロッドを押し込むようにスライドさせる等、作業機の操作により作業を効率よく行うことができる。

そして、未固化の混合物の内部において、結合材注入部を掘削孔の内底部又はその近傍から上昇させながら、未固化の混合物の中心に結合材注入部により結合材を注入して、結合材で未固化の芯部を形成することができ、掘削孔の内部の未固化の混合物と未固化の芯部を固化させて、これを必要数設けることで、地盤改良を行うことができる。

〔２〕本発明の地盤改良工法は、前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材が、前記掘削ロッドに沿ってスライド可能、回転可能、かつスライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で固定可能に取り付けてあり、前記結合材注入部と前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材との距離を所定の長さにする工程を、前記所定の二箇所間で、前記掘削ロッドをスライドさせて、前記掘削ロッドに対する前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材の固定位置を変えることにより行う構成とすることもできる。

この場合は、掘削ロッドの所定の二箇所のうち、一方の箇所で固定して掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を短くして掘削を行い、掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を、掘削ヘッド及び撹拌部材が未固化の混合物内部で回転したときの結合材注入部近傍の未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする場合は、スライドして他方の箇所で固定して行うことができる。このように、作業機による操作を行う際に、所定の二箇所で固定することができるので、結合材注入部と掘削ヘッドの距離、すなわち所定の長さの正確な設定が可能になる。

〔３〕本発明の地盤改良工法は、地盤を、掘削ロッドを中心とする掘削ヘッドの回転により所要の深さまで掘削して内部に掘削土が残る掘削孔を形成する工程と、前記掘削孔の内部に、前記掘削ロッド先端部の結合材注入部により結合材を注入する工程と、前記掘削孔の内部の掘削土と前記結合材を、前記掘削ロッドを中心とする撹拌部材の回転により混合撹拌し、前記掘削孔の内部に未固化の混合物をつくる工程とを並行して行う構成とすることもできる。

この場合は、掘削孔の形成と結合材の注入、及び掘削土と結合材の混合撹拌を、掘削開始から掘削孔の形成終了までの一行程（１ストローク）で行うことができる。これにより、この一行程に続いて、未固化の混合物の内部において、結合材注入手段を掘削孔の内底部から上昇させながら、未固化の混合物の中心に結合材注入部により結合材を注入して、未固化の芯部を形成するまでの一行程、合わせて二つの行程を行うことで、掘削開始から未固化の芯部の形成までの作業を最短で行うことができるので、作業効率に優れる。

〔４〕本発明の地盤改良工法は、前記結合材注入部を前記掘削孔の内底部又はその近傍から上昇させながら、前記未固化の混合物の中心に前記結合材注入部により前記結合材を注入して、前記結合材で未固化の芯部を形成する工程を、前記未固化の混合物を撹拌せずに行う構成とすることもできる。

この場合は、未固化の混合物の中心に未固化の芯部を形成する際に、混合物が流動して大きく乱れるようなことがないので、形成される未固化の芯部の形状にも乱れが生じにくく、形状に歪な部分がない整った形状の芯部を形成することができるので、固化したときの芯部の強度にも優れる。

〔５〕本発明の地盤改良工法は、前記未固化の芯部に、固化したときの芯部を補強できる強度を有する芯材を入れる工程を備える構成とすることもできる。

この場合は、固化した芯部の強度を芯材によって、より高めることができ、これを備える杭構造体の強度も更に高めることができるので、特に地盤の強度又は耐力をより高める必要がある施工の場合、好適に採用できる。

〔６〕本発明は、液状の結合材を通す流路、先端に設けてある掘削部材、その近傍に設けてある結合材注入部を有する掘削ロッドと、該掘削ロッドに軸周方向へ回転可能、かつ長さ方向にスライド可能で、その先部に設けられた掘削ヘッド、該掘削ヘッドに隣接して設けられた撹拌部材、その軸周方向に回転可能に設けられ、前記掘削ヘッド、及び前記撹拌部材の回転直径より長い振れ止め部材とを有し、前記結合材注入部と前記掘削ヘッドとの距離が、前記未固化の混合物内部で前記掘削ヘッドが回転したときに、前記結合材注入部近傍の前記未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、前記掘削ヘッドに対して前記掘削ロッドをスライドして、スライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で固定可能に嵌装されている回転体とを備える掘削ロッド装置である。

本発明の掘削ロッド装置によれば、掘削ロッドの所定の二箇所のうち、一方の箇所で固定して掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を短くして掘削を行うことができる。そして、掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドとの距離が、未固化の混合物内部で掘削ヘッドが回転したときに、結合材注入部近傍の未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、掘削ヘッドに対して掘削ロッドをスライドする場合は、スライドして他方の箇所で固定して行うことができる。

このように、作業機による操作を行う際に、所定の二箇所で固定することができるので、結合材注入部と掘削ヘッドの距離、すなわち所定の長さの正確な設定が可能になる。なお、「未固化の混合物の乱れが生じにくい」は、混合物の乱れが生じない場合も含む。

〔７〕本発明の掘削ロッド装置は、前記掘削ロッドが、相互に長さ方向で接続、及び分解可能な複数のロッドを有し、所定の二つのロッドには前記所定の二箇所に対応する係合突起が設けられ、前記回転体には、前記係合突起と係合して所定の回転方向で固定可能である係合受部を有する構成とすることもできる。

この場合は、地盤改良工事を行う前の準備段階において、掘削ロッドに回転体を嵌装するときに、一体物である掘削ロッドの一方向へ嵌装する場合と相違して、作業時上側となる係合突起を回転体の軸孔に通す必要がない。すなわち、所定の二つのロッドのうち、一方のロッドを係合突起がない側から軸孔に挿入して係合突起を係合受部に係合することができる。

そして、ロッドの端部が軸孔を貫通して軸孔を出たところで、係合突起を有する他方のロッドを接続できるようにすることで、嵌装が可能になる。なお、その後は接続したロッドを他のロッドに接続して一体化し、掘削ロッドとする。

〔８〕本発明は、作業機本体と、該作業機本体に備えてある昇降回転駆動装置と、該昇降回転駆動装置に取り付けられた掘削ロッド装置とを備え、該掘削ロッド装置は、液状の結合材を通す流路、先端に設けてある掘削部材、その近傍に設けてある結合材を吐出する結合材注入部を有する掘削ロッドと、該掘削ロッドに軸周方向へ回転可能、かつ長さ方向にスライド可能で、その先部に設けられた掘削ヘッド、該掘削ヘッドに隣接して設けられた撹拌部材、その軸周方向に回転可能に設けられ、前記掘削ヘッド、及び前記撹拌部材の回転直径より長い振れ止め部材を有し、スライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で前記掘削ロッドに固定可能に嵌装されている回転体とを備える地盤改良装置である。

本発明の地盤改良装置は、上記〔６〕、〔７〕の作用を有する掘削ロッド装置を備えているので、施工現場で土壌の中に結合材を注入し、土壌と結合材を混合撹拌して柱状に固化させ、地盤の土質に関係なく杭構造体の所定の強度が得られるようにする地盤改良工法において、作業工程中での掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする作業を、結合材が漏れ出すことなく、かつ作業者による直接的な手作業によらず、作業機を操作して効率よく行うことができる。

本発明は、施工現場で土壌の中に結合材を注入し、土壌と結合材を混合撹拌して柱状に固化させ、地盤の土質に関係なく杭構造体の所定の強度が得られるようにする地盤改良工法において、作業工程中での掘削ロッドの結合材注入部と掘削ヘッドの距離を未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さにする作業を、結合材が漏れ出すことなく、かつ作業者による直接的な手作業によらず、作業機を操作して効率よく行うことができる地盤改良工法、地盤改良工法に使用する掘削ロッド及び地盤改良装置を提供することができる。

本発明の地盤改良装置の一実施の形態を示す説明図である。 本発明の掘削ヘッド部の一実施の形態を示す分解説明図である。 掘削ヘッド部からの掘削ロッドの突出長が短い状態を示す説明図である。 掘削ヘッド部からの掘削ロッドの突出長が長い状態を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法の第１の実施形態を示す作業工程の説明図である。 本発明の地盤改良工法の第２の実施形態を示す作業工程の説明図である。 地盤改良工法の第１、第２の実施形態を示す作業工程における掘削ヘッド部の高さの推移を示すグラフである。

本発明を図面に示した実施の形態に基づき、更に詳細に説明する。
図１乃至図４を参照する。
まず、本発明の地盤改良工法において使用する地盤改良装置Ａについて説明する。
地盤改良装置Ａは、地中削孔機１と、地中削孔機１が有するガイドセル２、ガイドセル２に沿って昇降し地盤を掘削して掘削孔を形成する掘削ロッド装置Ｒを備えている。ガイドセル２には、掘削ロッド３をワイヤで吊り込むためのウインチ２１を備えている。

地中削孔機１は、クローラ式の削孔機本体１０と、削孔機本体１０の前部に上下方向に向けて油圧シリンダー１１を介し角度調整可能に取り付けられたガイド体１２を備えている。削孔機本体１０には、地盤改良装置Ａを安定させるアウトリガー１３が備えられている。

ガイド体１２には、ガイドセル２が、油圧シリンダー（図１では見えない）でガイド体１２に沿って一定の範囲で昇降調節ができるようにして取り付けられている。ガイドセル２の下端部には、前方へ向け接続部材２２が設けられ、その先端には後述する掘削ロッド３を通して回転自在に保持する円筒形状の軸受２３が取り付けてある。また、ガイドセル２は、その前側にほぼ全長にわたって設けられたガイド部２０を有している。

ガイド部２０には、油圧モーターを駆動源とする昇降回転駆動装置であるドリフター３０が、ガイド部２０に沿って昇降移動自在に取り付けられている。ドリフター３０は、所定の長さの掘削ロッド３を保持しており、掘削ロッド３は、作業時、ほぼ鉛直方向へ向けて垂下される。また、掘削ロッド３の先端部には、掘削ロッド３と共に掘削ロッド装置Ｒを構成する回転体４が嵌装されている。

掘削ロッド３は、所要長さのロッド３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを着脱可能に接続して所要の長さに形成されている。各ロッド３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、中心部に結合材（柱体原料）であるセメントミルクを通す流路３９が軸線方向に貫通して設けてある。なお、流路３９には、図示していないミキサープラントからセメントミルクが供給される構造となっている。

先端のロッド３１は、流路３９の結合材注入部である吐出口３９０を有するノズルとなっており、その先端部には三角板状のビット３２が台板３２０を介して直径方向に固定されている。なお、ビット３２の径方向中央には、流路３９を塞がないようにする半円形の切欠部（符号省略）が形成されている。ロッド３１の基端部（図２（ｂ）で上端部）には、周壁の相対する二箇所に互いに平行な溝孔３３０を上下斜め向かいに設けた接続凸部３３が形成されている。

また、ロッド３１の先部の台板３２０近傍には、所要の間隔をおいて直方体状の下部係合突起３５が形成されている。下部係合突起３５は、後述する回転体４の下部係合受部４１に入って係合し、回転体４を所定の回転方向（正逆回転方向）で固定可能である。

ロッド３１には、ロッド３１より短いロッド３１ａが接続される。ロッド３１ａの基端部（図２（ｂ）で上端部）には、ロッド３１の上記接続凸部３３と同様の、溝孔３３０を設けた接続凸部３３が形成されている。また、ロッド３１ａの先端部（図２（ｂ）で下端部）には、接続凸部３３を嵌め入れる接続凹部３４が設けてある。

ロッド３１ａの周壁には、接続凹部３４に掛かるように、上記ロッド３１の接続凸部３３の溝孔３３０に対応するピン孔３４０が貫通して設けてある。また、ロッド３１ａの基端部の接続凸部３３近傍には、所要の間隔をおいて直方体状の上部係合突起３６が設けてある。上部係合突起３６は、後述する回転体４の上部係合受部４２に入って係合し、回転体４を所定の回転方向（正逆回転方向）で固定可能である。

そして、ロッド３１とロッド３１ａの接続に当たっては、ロッド３１の接続凸部３３にロッド３１ａの接続凹部３４を嵌め込み、ロッド３１の各溝孔３３０とロッド３１ａのピン孔３４０を合わせ、それぞれに細棒状のピン３４１を差し込む。これにより、ロッド３１とロッド３１ａは接続することができ、ピン３４１を抜いて取り外すこともできる。

また、掘削ロッド３には、回転体４が嵌装されている。回転体４は、回転中心部に略円筒形状の中心管４０を有している（図２（ａ）参照）。中心管４０の軸孔４９の内径は、上記各ロッド、すなわち掘削ロッド３の外径より若干大きく、嵌装したときに掘削ロッド３の周方向への回転と長さ方向へのスライドができるように形成されている。

中心管４０の長さ方向の両端部には、図２（ａ）で下部に位置する下部係合受部４１と、上部に位置する上部係合受部４２が設けてある。下部係合受部４１と上部係合受部４２との間隔（距離）は、後述するように、下部係合受部４１にロッド３１の下部係合突起３５を係合した状態から、下部係合受部４１と下部係合突起３５の係合を外して回転体４に対して掘削ロッド３をスライドさせて上部係合受部４２にロッド３１ａの上部係合突起３６を係合したときの後述する掘削ヘッド４３からの掘削ロッド３（ロッド３１）の突出長が、作業工程の最後に後述する芯部６を形成するときに、芯部６が掘削ヘッド４３や撹拌羽根４７、４８の混合物５の撹拌による影響を受けにくい距離（長さ）となるように設定されている。

下部係合受部４１は、周壁を表裏貫通して設けてあり、下部係合突起３５が入って係合する係合口４１０と、係合口４１０の周方向一端に設けてある出入口４１１で構成されている。上部係合受部４２は、同じく周壁を表裏貫通して設けてあり、上部係合突起３６が入って係合する係合口４２０と、係合口４２０の周方向中央に設けてある出入口４２１で構成されている。なお、下部係合受部４１と上部係合受部４２は、中心管４０の周方向において略同じ位置に設けてあるが、これに限定せず、適宜位置に設けることもできる。

回転体４の中心管４０の先端部（図２で下端部）には、掘削ヘッド４３が固定されている。掘削ヘッド４３は、中心管４０を挟んで軸線方向と直角かつ直径方向に固定された二枚の掘削羽根４３０と、掘削羽根４３０の下側に長さ方向へ所要間隔で複数固定された掘削歯４３１で構成されている。

なお、回転体４の中心管４０の長さは、上記先端部のロッド３１の長さよりやや短く形成され、ロッド３１を下から挿入し、下部係合突起３５と後述する下部係合受部４１を係合させたときに、基端部の接続凸部３３全体が中心管４０の端部から突出する長さに形成されている（図３参照）。

また、中心管４０において掘削ヘッド４３より上方には、所要間隔をおいて二箇所に中心管４０を中心として軸周方向に自由回転が可能な縦板状の振れ止めブレード４５、４６が設けてある。振れ止めブレード４５、４６は、中心管４０の長さ方向へは動かず、その方向は、中心管４０と直角、かつ直径方向であり、その長さは、掘削羽根４３０より所定の長さだけ長くなるように形成されている（図２乃至図４参照）。

そして、中心管４０において、上記振れ止めブレード４５、４６の間と、基端寄りには、撹拌羽根４７、４８が固定されている。撹拌羽根４７、４８は、中心管４０と直角、かつ直径方向に設けられ、互いに軸周方向へ９０°を成して形成されている。また、直径方向両側のブレード（符号省略）の上下傾斜方向は、両側で互いに逆方向にしてある。

ここで、図１乃至図４、及び図５、図７（ａ）を参照して、地盤改良工法の第１の実施形態、及び地盤改良装置Ａの各部の作用を説明する。

（１）地盤改良装置Ａを地盤改良を行う場所（軟弱な地盤上）に設置する。このとき、掘削ロッド装置Ｒの掘削ロッド３の掘削ヘッド４３からの突出長さは、下部係合突起３５と下部係合受部４１が係合した短い状態である（図１、図３参照）。

（２）地盤改良装置Ａの掘削ロッド３を、下部係合突起３５のロックが掛かった状態の回転体４と共に回転させながら下降させ、掘削ヘッド４３で軟弱な地盤５の掘削を開始する（図５（ａ）参照）。

（３）更に、掘削ヘッド４３による掘削を進める。このとき、掘削ヘッド４３で掘削される掘削孔５０の内径より長い振れ止めブレード４５、４６の両側先端部は、掘削ヘッド４３による掘削（及び撹拌）に伴い形成される掘削孔５０の孔壁に刺さるように入り込み、自身の回転は止まって、以降は掘削孔５０の深部へ移動しながらロッド３１の回転の振れ止め（軸受）としての機能を果たす。

（４）このようにして、掘削孔５０が次第に深く形成されると共に、掘削孔５０の内部に土壌が削られて生じた掘削土（符号省略）が溜まっていく。また、並行して、ロッド３１先端の吐出口３９０から結合材であるセメントミルクが掘削孔５０の内部に注入され、掘削土と混じり合う。

更に、セメントミルクは、回転する掘削ヘッド４３、及び撹拌羽根４７、４８によって掘削土と混合撹拌され、未固化の混合物６がつくられていく。掘削孔５０を所定の深さまで形成したところで、掘削ロッド装置Ｒの下降は停止される。なお、このとき掘削孔５０の底部には、ロッド３１先端のビット３２による穴（符号省略）が形成されている（図５（ｂ）、図７（ａ）撹拌・注入のところを参照）。

（５）そして、未固化の混合物６の深部において、掘削ヘッド４３、及び撹拌羽根４７、４８を回転させながら、繰り返し細かく上下動させ、掘削孔５０の底部近傍の混合物５の深部を混合撹拌する（図７（ａ）繰り返しのところを参照））。

（６）次に、掘削ロッド装置Ｒを徐々に上昇させながら、未固化の混合物６を更に撹拌し、掘削孔５０内の未固化の混合物６から抜き取る（図５（ｃ）、図７（ａ）再撹拌のところを参照）。なお、混合撹拌用のセメントミルクの注入は、上記のように掘削ロッド装置Ｒの下降時に行うのではなく、抜き取りに向かう上昇時に行うこともできる。

（７）掘削孔５０の外に出した後、掘削ロッド３の掘削ヘッド４３からの突出長さを、上部係合突起３６と上部係合受部４２が係合した長い状態に変更する（図４、図５（ｄ）、図７（ａ）ロッド伸長のところを参照）。具体的には、一旦、掘削ロッド装置Ｒの掘削ヘッド４３が地盤５に接地するように降ろして、ドリフター３０を操作し、下部係合突起３５を回して出入口４１１から抜き取り、下部係合受部４１との係合を外す。

そして、ロッド３１が回転体４の中心管４０の下端部から、つまり掘削ヘッド４３より突き出すようにスライドさせて先部を地盤５に突き刺すようにし、ロッド３１の上部係合突起３６を出入口４２１から係合口４２に入れて回転させて係合するまでの操作を行って突出長を所定の長さに設定するのが好ましいが、これに限定するものではない。

このように、ロッド３１の掘削ヘッド４３からの突出長を長い状態に変更する作業は、地中削孔機１を操作して行うことができ、作業者による直接的な手作業は不要であるので、作業の手間が低減される。更には、作業に当たって、掘削ロッド３の結合材の流路３９の途中が開放されることがないため、流路３９内のセメントミルクが多く漏れ出してしまうことがなく、作業者を含めて周囲をひどく汚してしまうことを防止できる。

（８）再び、掘削ヘッド４３と撹拌羽根４７、４８を回転させて、掘削ロッド装置Ｒを掘削孔５０内に下降させ、掘削ヘッド４３、撹拌羽根４７、４８で未固化の混合物６を混合撹拌しながら掘削孔５０の底部の穴にロッド３１先端部を当てるように位置させる（図５（ｅ）、図７（ａ）貫入のところを参照）。このようにして、掘削孔５０の内部にセメントミルクと掘削土が全体に充分混合撹拌された未固化の混合物６がつくられる。なお、掘削孔５０に沿う掘削ヘッド４３、及び撹拌羽根４７、４８の行程数（昇降回数）、行程長等は適宜調整、又は設定することができ、本実施の形態に限定するものではない。その後、ロッド３１の先端を底部からやや上昇させる（図５（ｅ）、（ｆ）参照）。

（９）掘削孔５０内部の未固化の混合物６の内部の上記位置から、掘削ヘッド４３、及び撹拌羽根４７、４８を回転させて上昇させながら、ロッド３１の吐出口３９０から未固化の混合物６の中心に、セメントミルクを適正な圧力で注入する。また。このときの、注入の開始点は、上記のように掘削孔５０の底部よりやや上に位置しており、ここから未固化の混合物６の中心にセメントミルクのみが充填されてつくられた未固化の芯部７が徐々に柱状に形成される。

そして、掘削ロッド装置Ｒが未固化の混合物６から出ることにより、未固化の混合物６の上部まで未固化の芯部７が形成される（図５（ｆ）、及び図５（ｇ）、図７（ａ）芯部注入・引抜のところを参照）。なお、未固化の芯部７をつくるための注入開始位置は、上記位置に限定するものではなく、上記底部の穴から、或いは適宜高さ位置から開始することもできる。そして、軟弱な地盤５の所定の箇所（必要な箇所）で、上記（１）～（９）の工程によって同様の施工を行う。

なお、掘削ロッド３の先部（ロッド３１）は、上記のように当初の突出長より長くし伸ばしてあるので、掘削ヘッド４３と撹拌羽根４７、４８は、当初よりロッド３１先端の吐出口３９０から所定の距離（長さ）離れている。したがって、未固化の芯部７の形成において、掘削ヘッド４３（及び撹拌羽根４７、４８）の回転による未固化の混合物６の乱れの影響は受けにくいため、未固化の芯部７は歪な形にはなりにくく、結果的に後述する固化芯部７ａの強度にも優れる。

また、未固化の芯部７の形成の際に、掘削ヘッド４３、及び撹拌羽根４７、４８を回転させないで上昇させることもできる。この場合は未固化の混合物６が流動して大きく乱れるようなことがより少なくなるので、形成される未固化の芯部７の形状にも乱れがより生じにくい。

（１０）最後に、掘削孔５０の内部の未固化の混合物６と未固化の芯部７を、所定の期間養生を行って固化する。これにより、地盤５の内部に所定の深さに柱状に固化して形成された固化混合物６ａと、固化混合物６ａの中心に固化して形成された固化芯部７ａからなる杭構造体８が必要数施工され、軟弱だった地盤５を強固な地盤に改良することができる（図５（ｇ）参照）。

このように、従来の一般的な工法においても使用される結合材であるセメントミルクのみを主材料として固化芯部７ａを形成することで、杭構造体８の強度を高めることができ、例えば土壌が有機質土である等、骨材としての土が軟らかい場合でも、固化した杭構造体８の充分な強度が得られるので土質を選ばない。また、やむを得ず撹拌能力が低い装置を使用する場合等、撹拌が不十分で杭構造体に未固化部分が多く生じたとしても、固化した固化芯部７ａによって充分な強度を付与することができる。

なお、固化芯部７ａは固化したセメントであるので、例えば杭構造体８の施工後に施工部の天端の高さを低くする調整を行う際に、鋼材等の補強材を使用している場合のように、補強材をガスで溶断する等の煩雑な手間がかからず、バックホーのアタッチメント（ショベル等）で破壊するなどして、作業を比較的容易に行うことができる。

このように、施工現場で土壌の中に結合材を注入し、土壌と結合材を混合撹拌して柱状に固化させ、地盤の土質に関係なく杭構造体８の所定の強度が得られるようにする地盤改良工法において、作業工程中での掘削ロッド３の結合材の吐出口３９０と掘削ヘッド４３との距離を未固化の混合物６の乱れが生じにくい所定の長さにする作業（作業工程中での掘削ロッド３先部の長さを長くする作業）を、結合材が漏れ出すことなく、かつ作業者による直接的な手作業によらず、作業機を利用して効率よく行うことができる。

次に、図１乃至図４、及び図６、図７（ｂ）を参照して、地盤改良工法の第２の実施形態、及び地盤改良装置Ａの各部の作用を説明する。なお、この第２の実施形態は、掘削ロッド３を長くする工程のみが上記第１の実施形態の（６）、（７）の工程と異なるだけで、他の工程は略同じであるので、主に掘削ロッド３を長くする工程について説明し、他の工程の説明は省略する。

上記第１の実施形態の（１）～（５）の工程と同様の工程に続いて、掘削ロッド装置Ｒを未固化の混合物６の内部でやや上昇させ、その高さで維持しながら、掘削ロッド３の掘削ヘッド４３からの突出長さを上部係合突起３６と上部係合受部４２が係合した長い状態に変更する（図４、図６（ｃ）、（ｄ）、図７（ｂ）ロッド伸長のところを参照）。

具体的には、未固化の混合物６の内部にある掘削ロッド装置Ｒの掘削ヘッド４３を、ドリフター３０を操作し、下部係合突起３５を回して出入口４１１から抜き取り、下部係合受部４１との係合を外す。このとき、掘削ロッド装置Ｒは混合物６の内部である程度の浮力を以て支えられるので、作業は比較的容易に行うことができる。

そして、この状態から、ロッド３１が回転体４の中心管４０の下端部より、つまり掘削ヘッド４３より突き出すようにスライドさせて、ロッド３１の上部係合突起３６を出入口４２１から係合口４２に入れて回転させて係合するまでの操作を行って突出長を所定の長さに設定する。

このように、ロッド３１の掘削ヘッド４３からの突出長を長い状態に変更する作業は、第１の実施形態と同様に、地中削孔機１を操作して行うことができ、作業者による直接的な手作業は不要であるので、作業の手間が低減される。更には、作業に当たって、掘削ロッド３の結合材の流路３９の途中が開放されることがないため、流路３９内のセメントミルクが多く漏れ出してしまうことがなく、作業者を含めて周囲をひどく汚してしまうことを防止できる点も同様である。なお、以下の工程は上記（８）～（１０）の工程と同様であるので説明を省略する。

なお、図示はしないが、地盤改良工法の他の例として、未固化の混合物６の中心に、未固化の芯部７を形成した後、芯部７の固化が進まないうちに、作業者による手作業等で所定の長さの芯材（鋼管等）を芯部７に沿ってその中に入れ込むこともできる。なお、芯材は固化した固化芯部７ａを補強できる充分な強度があれば、鋼管の他にも、例えば鉄筋籠、鋼棒、Ｈ鋼等を採用することができる。

そして、そのまま未固化の混合物６と未固化の芯部７を固化させれば、固化した固化芯部７ａの強度を鋼管によって高めることができ、これを備える杭構造体８の強度も更に高めることができる。したがって、この構造は、特に地盤の強度又は耐力をより高める必要がある施工の場合、より効果的である。

本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形が可能であるということは言うまでもない。

Ａ 地盤改良装置
１ 地中削孔機
１０ 削孔機本体
１１ 油圧シリンダー
１２ ガイド体
１３ アウトリガー
２ ガイドセル
２０ ガイド部
２１ ウインチ
２２ 接続部材
２３ 軸受
Ｒ 掘削ロッド装置
３ 掘削ロッド
３０ ドリフター
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ ロッド
３２ ビット
３２０ 台板
３３ 接続凸部
３３０ 溝孔
３４ 接続凹部
３４０ ピン孔
３４１ ピン
３５ 下部係合突起
３６ 上部係合突起
３９ 流路
３９０ 吐出口
４ 回転体
４０ 中心管
４１ 下部係合受部
４１０ 係合口
４１１ 出入口
４２ 上部係合受部
４２０ 係合口
４２１ 出入口
４３ 掘削ヘッド
４３０ 掘削羽根
４３１ 掘削歯
４５、４６ 振れ止めブレード
４７、４８ 撹拌羽根
４９ 軸孔
５ 地盤
５０ 掘削孔
６ 未固化の混合物
６ａ 固化混合物
７ 未固化の芯部
７ａ 固化芯部
８ 杭構造体

Claims (8)

1. 地盤を、掘削ロッドを中心とする掘削ヘッドの回転により所要の深さまで掘削して内部に掘削土が残る掘削孔を形成する工程と、
   前記掘削孔の内部に、前記掘削ロッド先端部の結合材注入部により結合材を注入する工程と、
   前記掘削孔の内部の掘削土と前記結合材を、前記掘削ロッドを中心とする撹拌部材の回転により混合撹拌し、前記掘削孔の内部に未固化の混合物をつくる工程と、
   前記結合材注入部と前記掘削ヘッドとの距離が、前記未固化の混合物内部で前記掘削ヘッドが回転したときに、前記結合材注入部近傍の前記未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、前記掘削ヘッドに対して前記掘削ロッドをスライドする工程と、
   前記結合材注入部を前記掘削孔の内底部又はその近傍から上昇させながら、前記未固化の混合物の中心に前記結合材注入部により前記結合材を注入して、前記結合材で未固化の芯部を形成する工程と、
   前記掘削孔の内部の前記未固化の混合物と前記未固化の芯部を固化させる工程とを備える
   地盤改良工法。
2. 前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材が、前記掘削ロッドに沿ってスライド可能、回転可能、かつスライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で固定可能に取り付けてあり、前記結合材注入部と前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材との距離を所定の長さにする工程を、前記所定の二箇所間で、前記掘削ロッドをスライドさせて、前記掘削ロッドに対する前記掘削ヘッド及び前記撹拌部材の固定位置を変えることにより行う
   請求項１記載の地盤改良工法。
3. 地盤を、掘削ロッドを中心とする掘削ヘッドの回転により所要の深さまで掘削して内部に掘削土が残る掘削孔を形成する工程と、
   前記掘削孔の内部に、前記掘削ロッド先端部の結合材注入部により結合材を注入する工程と、
   前記掘削孔の内部の掘削土と前記結合材を、前記掘削ロッドを中心とする撹拌部材の回転により混合撹拌し、前記掘削孔の内部に未固化の混合物をつくる工程とを並行して行う
   請求項１又は２記載の地盤改良工法。
4. 前記結合材注入部を前記掘削孔の内底部又はその近傍から上昇させながら、前記未固化の混合物の中心に前記結合材注入部により前記結合材を注入して、前記結合材で未固化の芯部を形成する工程を、前記未固化の混合物を撹拌せずに行う
   請求項１又は２記載の地盤改良工法。
5. 前記未固化の芯部に、固化したときの芯部を補強できる強度を有する芯材を入れる工程を備える
   請求項１又は２記載の地盤改良工法。
6. 液状の結合材を通す流路、先端に設けてある掘削部材、その近傍に設けてある結合材注入部を有する掘削ロッドと、
   該掘削ロッドに軸周方向へ回転可能、かつ長さ方向にスライド可能で、その先部に設けられた掘削ヘッド、該掘削ヘッドに隣接して設けられた撹拌部材、その軸周方向に回転可能に設けられ、前記掘削ヘッド、及び前記撹拌部材の回転直径より長い振れ止め部材とを有し、前記結合材注入部と前記掘削ヘッドとの距離が、前記未固化の混合物内部で前記掘削ヘッドが回転したときに、前記結合材注入部近傍の前記未固化の混合物の乱れが生じにくい所定の長さになるまで、前記掘削ヘッドに対して前記掘削ロッドをスライドして、スライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で固定可能に嵌装されている回転体とを備える
   掘削ロッド装置。
7. 前記掘削ロッドが、相互に長さ方向で接続、及び分解可能な複数のロッドを有し、所定の二つのロッドには前記所定の二箇所に対応する係合突起が設けられ、前記回転体には、前記係合突起と係合して所定の回転方向で固定可能である係合受部を有する
   請求項６記載の掘削ロッド装置。
8. 作業機本体と、該作業機本体に備えてある昇降回転駆動装置と、該昇降回転駆動装置に取り付けられた掘削ロッド装置とを備え、
   該掘削ロッド装置は、液状の結合材を通す流路、先端に設けてある掘削部材、その近傍に設けてある結合材を吐出する結合材注入部を有する掘削ロッドと、
   該掘削ロッドに軸周方向へ回転可能、かつ長さ方向にスライド可能で、その先部に設けられた掘削ヘッド、該掘削ヘッドに隣接して設けられた撹拌部材、その軸周方向に回転可能に設けられ、前記掘削ヘッド、及び前記撹拌部材の回転直径より長い振れ止め部材を有し、スライド方向の所定の二箇所において所定の回転方向で前記掘削ロッドに固定可能に嵌装されている回転体とを備える
   地盤改良装置。

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